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2013年3月16日 (土曜日)

スクリュードライバー LマッチとCマッチ、どっちが良い?

超短縮センターローディングのホイップアンテナとしてのスクリュードライバーは、給電点のインピーダンスがかなり低くなっています。50Ωへ整合する方法は、コイルを使うLマッチ、コンデンサーを使うCマッチ、トランス変換と3種類考えられます。

米国ではLマッチが一般的で、バンド幅も取れるしなんとなく飛びも良いです。Cマッチはコンデンサ挿入だけなのでとってもお手軽です。LマッチとCマッチについては JN4JGKのアルパカ日記 バーチカルアンテナ 覚書   がとても解りやすいです。

Lマッチだとエレメントが短めになるので、短縮コイルの巻き数も少なくなります。スクリュードライバーではローバンドはコイルで極端に短縮しています。短縮コイルが数ターン少なければ損失も減って飛ぶようになるのでは?(仮説)と考えました。

早速実験してみました。屋上のスクリュードライバーを送信アンテナとして、8m離れた2エレで受信した信号をスペアナで計測します。スクリュードライバーの先端と2エレの高さはほぼ同じです。

垂直と水平の偏波面の違いはありますが、マッチング方法で偏波面に違いが出る可能性は低いと考えました。実験は短縮率が高い3.6MHzで行いました。まずはマッチングによってインピーダンスがどんな感じなのかを調べてみました。計測もお手軽にシャックで行っていますので、インピーダンスアナライザーの結果は目安です。

Cマッチ
36mhz_sd_1200pf_2
SWR1.0のポイント付近はあってると思いますが・・・・なんか変です。

Lマッチ
36mhz_sd_l
シャックでの計測でも、らしい結果になりました。軸目盛りなどはCマッチとは異なりますのでご注意ください。今回は調整不足(?)でSWR1.4前後です。

実験は周波数を固定して、マッチング方式ごとに、スクリュードライバーをSWR最良点に調整してから送信・計測、短縮コイルを動かして離調してから、再度をスクリュードライバーを調整して送信・計測を6回行い、平均値を取りました。変更点はマッチング方式とコイルの僅かな巻き数(数ターン程度)だけで他は同一条件。

CマッチとLマッチで差はあるのでしょうかsign02

差はありましたsun

Cマッチ    -11.4dB
Lマッチ    -10.5dB   0.9dBup
※LマッチはSWR1.4を無線機内蔵ATUで調整して送信した結果。ATUを使わない場合は-11.0dBで0.4dBupCマッチは内蔵ATUを入れるとロスして下がるのでATUスルーです。

Cマッチと比較してLマッチは効率が良いという結果は、使った時の印象と同じ結果で、納得できます。スクリュードライバーは一桁バンドになると短縮率がとても高くなりますので、コイルによる損失との戦いです。
短縮コイルは1ターンでも少ない方が良いわけです。Lマッチの方が良いというのは、短縮コイルの巻き数が多いスクリュードライバーには共通する特徴だと思います。

厳密にはマッチング方式による差は存在して、Cマッチだとアンテナが大きく(長く)なりますので、Lマッチよりもわずかに効率があがるようです。今回は逆の結果がでていますし、短縮コイルの巻き数以外に変動要素がありませんので、コイルの巻き数が少ない(損失が減る)ことが差の原因と考えました。

他にもLマッチの利点として、LマッチはエレメントがDC的にグラウンドに接地されるため、エレメントとグラウンドが同電位になり、ノイズ(静電気)が減って静かになります。でも都市部で問題となる人工的なノイズはLマッチでも減りませんよ。念のため。

次はトロイダルコアを使って50ΩにステップアップするUN-UN変換のマッチングも試してみたいですね。キャパシティハット取り付けるとリアクタンス成分をLだけでは追い込めないように感じています。ハット無しでホイップならLだけでストーンとSWRが落ちるのですけど・・・。気のせいかな?

注意
ご理解いただいているとは思いますが、今回の実験はQ600(カタログ上)の短縮コイルで短くした(1/4λバーチカルの10%程度の長さ)スクリュードライバーアンテナでの結果です。

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コメント

アンテナのマッチング、奥が深いですねぇ~~。同調とはまた別の世界なんですよね。
別とは言えマッチングセクションが同調に影響も与えるし。こっちこうして、こっちはこうしての繰り返し。
スクリュードライバーアンテナや長尺ロッドアンテナだとアンテナ側の変更が簡単で実験にはいいですね。
勉強になりました。

投稿: JO1KVS | 2013年3月16日 (土曜日) 09時54分

KVSさん
その昔、ラジオ少年だった頃は、暗中模索でコイル巻き、当然失敗してモノにならず・・・という経験を何回もやって、いまだにコイル嫌いなのでCマッチにしていましたが、今回の実験でコイルを見直し(?)ました。

投稿: JI1ANI/福井 | 2013年3月16日 (土曜日) 10時03分

コイルはデブッちょ、ボヨヨンのヨン ♪
なんて歌知ってる世代、ですよね・・・。
関係ない話ですみません。 Hi

投稿: JO1KVS | 2013年3月17日 (日曜日) 18時25分

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